三星3nm良率仅20%，仍不放弃Exynos 2500处理器，欲打造“十核怪兽”

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）根据韩国媒体的最新报道，三星Exynos 2500的良品率目前仅为20%，远低于量产标准，但三星仍在积极寻求解决方案，以期在今年10月前将良品率提升至60%。

 
据悉，导致Exynos 2500良率不佳的原因是，这颗SoC基于三星第二代3nm GAA制程工艺——SF3工艺，然而目前第二代SF3工艺的良率仅为20%。
 

三星第二代SF3工艺进展不如预期

今年初，有知情人士向韩媒透露，三星已经开始试产自己第二代SF3工艺，被视为该公司发展的一大里程碑。
 
三星于2022年开始量产第一代SF3工艺，并公布3nm GAA架构。在这个架构里，三星首次实现了GAA“多桥-通道场效应晶体管”（MBCFET），打破了FinFET技术的性能限制，通过降低工作电压水平来提高能耗比。如下图所示，三星3nm GAA架构采用了宽通道的纳米片，相较于窄通道纳米线的GAA 技术，这种结构创新能够带来更好的性能和能耗比。
 

先进工艺路线迭代，图源：三星

 
三星在技术博客中提到，宽通道的纳米片让 MBCFET结构有4个平面作为沟道，优化了On-Off特性，从而降低工作电压并带来更高的功率效率。根据三星方面的数据，第一代SF3工艺相较于5nm工艺，可以使功耗降低45%，性能提升23%，芯片面积减少16%。
 

宽通道纳米片和窄通道纳米线对比，图源：三星

 
相较于三星第一代SF3工艺，第二代SF3工艺可以在同一单元内实现不同的栅极全能（GAA）晶体管纳米片通道宽度，提供更大的设计灵活性。此外，第二代SF3工艺能够显著改善芯片的PPA特性，以更高的晶体管密度实现更好的芯片性能。三星方面的数据显示，第二代SF3工艺可以使功耗进一步降低50%，性能提升30%，芯片面积减少35%。
 
根据三星公布的工艺路线图，第二代SF3工艺可能命名为SF3P，采用优化的3GAP+结构。按照原计划，三星希望在今年6月份，也就是当下的阶段将第二代SF3工艺的良率提升到60%，以顺利量产商用的Exynos 2500手机芯片，不过目前良率改善的进展明显不如预期，第二代SF3工艺良率仅为20%。
 

三星先进工艺路线图，图源：三星

 
不过，三星目前依然对第二代SF3工艺和Exynos 2500手机芯片量产充满信心，以期在今年10月前将良品率提升至60%。
 

三星欲打造十核性能怪兽

在三星内部，对Exynos 2500手机芯片寄予厚望，认为其是延续三星高端手机配三星高端芯片战略的重要一步，如果Exynos 2500量产计划不顺，三星可能要在Galaxy S25系列上被迫去选择高通的旗舰芯片，这并不是该公司想要的旗舰手机战略，认为在差异化创新方面是有欠缺的。
 
据悉，三星Exynos 2500的设计理念是采用最先进的3nm工艺，和堪称“堆料”的架构设计，在性能和能耗表现上超越高通同期的骁龙8芯片。在产品设计方面，三星Exynos 2500被认为将继续采用“1＋2＋3＋4 ”的十核四丛集CPU架构，这一架构和Exynos 2400是一致的。
 
在Exynos 2400上，三星便是采用了十核四丛集CPU架构，包括1个超大核（Arm Cortex-X4@3.20GHz）、2个高频大核（Arm Cortex-A720@2.90GHz）、3个低频大核（Arm Cortex-A720@2.60GHz）和4个小核（Arm Cortex-A520@2.00GHz）。在GPU方面，Exynos 2400配备了基于AMD最新GPU构架RDNA3的Xclipse 940 GPU，提供了改进的游戏性能和光线追踪性能。另外，为了增强AI性能，Exynos 2400还搭载了一款名为“17K MAC”的NPU。不过，Exynos 2400并没能用上三星的第一代SF3工艺，而是选择了4LPP+工艺，比三星初代的SF4工艺更好，但是性能不如高通骁龙8 Gen3所采用的台积电（TSMC）N4P工艺。
 
在Exynos 2500上，三星选择了近乎孤注一掷的做法。不仅基于第二代SF3工艺打造，而且将十核四丛集里面的核心进行了升级。据悉，Exynos 2500将会改用Arm Cortex-X925超大核和Arm Cortex-A725大核，相比Exynos 2400中的Arm Cortex-X4和Arm Cortex-A720会带来性能的进一步提升，最高主频可能达到3.6GHz。
 
Arm Cortex-X925超大核被认为是Arm公司近些年最大的性能飞跃，是Arm公版架构中最新的超大核架构，内部代号为代号“Blackhawk”（黑鹰）。Arm Cortex-X925是Arm CEO Rene Haas的工作重点之一，目标是尽可能缩小与苹果自研CPU内核的差距，甚至是超越。与现阶段的Arm Cortex-X4相比，Arm Cortex-X925单核性能提升36%，乱序 (OoO) 执行能力提升 25-40%。
 
率先搭载Arm Cortex-X925超大核的并不是三星的Exynos 2500，而是联发科天玑9400，据悉联发科参与了Arm Cortex-X925的研发。联发科天玑9400将采用台积电第二代3nm工艺制程N3E，芯片的性能也是非常值得期待的，预计将会是2025年性能最强的手机处理器之一。
 
虽然联发科天玑9400和三星Exynos 2500都还没有发布，不过此前一份跑分数据让我们得见Arm Cortex-X925超大核的性能。在一份曝光的跑分成绩单上，2GHz主频的Arm Cortex-X925超大核的IPC性能已经和苹果A17 Pro接近。而在联发科天玑9400和三星Exynos 2500上，这款核心的主频将超过3GHz。正如Arm公司所言，Arm Cortex-X925超大核将引领单线程 IPC 的发展
 
在大核方面，三星预计将从Exynos 2400的Arm Cortex-A720升级到Arm Cortex-A725。预计这一升级将和高通骁龙8 Gen4保持一致，后者在骁龙8 Gen3也是采用了Arm Cortex-A720这款大核。当然，虽然骁龙8 Gen3核心数量少，但是核心的主频更高，其中大核方面，拥有3个主频3.2GHz的Cortex-A720大核+2个主频3.0GHz 的Cortex-A720大核，这使得骁龙8 Gen3的性能非常强劲。
 
Arm Cortex-A720是第一个基于Armv9.2架构的高性能内核，与其前身Cortex-A715相比，将能效提高了20%，能够在功率受限的情况下，提供超高的性能。Arm Cortex-A725是第二代Armv9.2架构内核，与Arm Cortex-A720相比提高了25%的效率和12%的性能。Arm Cortex-A725和Arm Cortex-A520是和Arm Cortex-X925一起发布的“中等”和“小型”核心，因此这是一套完整的核心体系。
 
从制程和核心配置来看，三星Exynos 2500具有非常大的野心，希望借助三星第二代SF3工艺，以及十核架构打造一个“性能怪兽”，让三星Galaxy S25系列在高端旗舰智能手机领域更具性价比。
 
不过，如上所述，即便三星对Exynos 2500的规划一切顺利，但是其面临的市场竞争压力也是非常大的。虽然Exynos 2500拥有更多的核心，不过高通骁龙8 Gen4就算不增加核心，在更高主频的情况下，性能也可能不输Exynos 2500，甚至是比Exynos 2500更出色。值得注意的是，高通的超大核是基于ARM架构自研的，性能会得到进一步优化。此外，联发科天玑9400也是野心勃勃，预计将由1颗Cortex-X925超大核、3颗Cortex-X4超大核、4颗Cortex-A7系列大核组成，全大核的配置在性能方面同样不容小觑。
 

结语

从当前的进展来看，Exynos 2500的量产已经落后最初设定的日程，三星第二代SF3工艺成为掣肘产品量产的因素。不过，三星目前对此依然信心满满，认为通过几个月的技术攻关，能够在今年10月份之前解决第二代SF3工艺的良率问题，提升到60%以上的量产水平。
 
在Exynos 2500上，三星继续沿用十核四丛集CPU架构，并将会在超大核和大核方面采用Arm公司最新的产品。不过即便如此，三星Exynos 2500也会在市场竞争中倍感压力，高通骁龙8 Gen4和联发科天玑9400也都实力强劲。不过，对于三星而言的好处是，如果Exynos 2500计划顺利，三星高端旗舰手机的规划将更加灵活，也能够提供更高的产品性价比。